The invention provides a stability evaluation and static control method for an electric heat gas integrated energy system, which relates to the technical field of integrated energy system. This method includes: S1, modeling of the electric-thermal-gas integrated energy system by combining data-driven and mechanism-driven methods; S2, screening and correlation identification of abnormal data; S3, stability assessment method, which focuses on power flow calculation, load reduction and wind abandonment calculation, and whether the energy flow exceeds the limit. According to the criterion, the formula for calculating the stability index is defined, and the comparison table of system stability evaluation criteria is given. S4, static control, one is to solve the problem independently by subsystems, the other is to solve the problem coordinately by multi-systems. The integrated energy system model based on the combination of data driving and mechanism driving realizes the prediction of load variation and the dual identification of abnormal data of the system, and can more accurately and reasonably evaluate the stability of the system and control the static state of the system.
【技术实现步骤摘要】
电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法
本专利技术涉及综合能源系统
，尤其涉及一种电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法。
技术介绍
目前人类正面临着多项全球性挑战，如环境污染，全球变暖，石油危机等，传统电网已经无法满足现代的能源需求，因此，能源互联网的概念被提出，并由此衍生出综合能源系统的概念。综合能源系统就是以电力系统为核心，通过对电、气、热等各类能源的分配、转化、存储、消费等环节进行有机协调和优化，实现对可再生能源的充分利用的系统。现阶段关于综合能源系统的建模大多集中于独立的能源系统，忽略了能源系统之间的耦合关系，没有考虑负荷的不确定性，不能够全面地描述不同系统、环节之间能量流通的情况，以及负荷变化给系统带来的影响，因此构建的模型具有一定的局限性。而且，现阶段的综合能源系统稳定性的评估方法大部分是用聚类算法来判别异常数据，有时候单凭聚类算法是不能够准确判别异常数据，这时应充分利用不同能源系统之间的耦合关系加以判别。同时，现阶段的综合能源系统稳定性的评估方法几乎没有给出具体的评估指标和一套具体可行的评估方法。此外，现阶段综合能源系统的静态控制策略大多集中于独立的能源系统，没有采用在子系统不能单独解决问题的时候多系统协调解决的思想，也没有考虑解决问题的代价是否有限的这一实际情况，可行性和综合性存在一定的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法，给出了一套具体可行的稳定评估方法，在此基础上，两种静态控制策略能对出现异常的系统进行有效合理地控制。为解决上...
【技术保护点】
1.一种电‑热‑气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1、根据现场数据或历史数据构建数据库，利用数据驱动来预测负荷的变化，进而对电‑热‑气综合能源系统进行建模，即采用数据驱动和机理驱动相结合的方法对电‑热‑气综合能源系统进行建模；S2、进行异常数据的辨识，利用改进的GSA算法对异常数据进行筛选，并根据电‑热‑气综合能源系统耦合特性对异常数据进行关联辨识；S3、进行稳定评估，包括以下步骤：S3.1读取综合能源系统的初始状态参数，抽样次数k′＝1，能流越限次数m′＝0，第m′次能流越限的大小Am′＝0；S3.2、从预想事故集中随机选择一个扰动，引入扰动；S3.3、利用非时序蒙特卡洛模拟法对系统元件状态、电/热/气负荷、风速对应的随机变量进行抽样，获取系统状态；S3.4、对电‑热‑气互联系统进行拓扑分析，分析系统的节点由支路和耦合元件连接成多少子系统；S3.5、对拓扑分析后得到的系统根据所建能流模型进行计算；电力‑热力‑天然气系统能流模型如下：
【技术特征摘要】
1.一种电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1、根据现场数据或历史数据构建数据库，利用数据驱动来预测负荷的变化，进而对电-热-气综合能源系统进行建模，即采用数据驱动和机理驱动相结合的方法对电-热-气综合能源系统进行建模；S2、进行异常数据的辨识，利用改进的GSA算法对异常数据进行筛选，并根据电-热-气综合能源系统耦合特性对异常数据进行关联辨识；S3、进行稳定评估，包括以下步骤：S3.1读取综合能源系统的初始状态参数，抽样次数k′＝1，能流越限次数m′＝0，第m′次能流越限的大小Am′＝0；S3.2、从预想事故集中随机选择一个扰动，引入扰动；S3.3、利用非时序蒙特卡洛模拟法对系统元件状态、电/热/气负荷、风速对应的随机变量进行抽样，获取系统状态；S3.4、对电-热-气互联系统进行拓扑分析，分析系统的节点由支路和耦合元件连接成多少子系统；S3.5、对拓扑分析后得到的系统根据所建能流模型进行计算；电力-热力-天然气系统能流模型如下：式中，fEPS、fNGS、fDHS、fHES分别表示区域电力系统、区域天然气系统、区域热力系统、能源耦合环节的能量流方程；xe表示区域电力系统能量流相关变量，xg表示区域天然气系统能量流相关变量，xh表示区域热力系统能量流相关变量，xHES表示能源耦合环节能量流相关变量；在步骤S1所建立的综合能源系统模型的基础上，采用解耦求解方法对能量流进行综合求解，其中，电力系统采用前推回代法进行潮流求解，天然气系统采用牛顿拉夫逊法进行潮流求解，热力系统采用能量流求解方法进行潮流求解；S3.6、根据能流模型计算结果判断是否出现能流越限，如果出现能流越限，则越限次数m′加1，记录此次越限大小Am′和越限时间tm′，执行步骤S3.7，如果未出现能流越限，则直接执行步骤S3.8；S3.7、对存在问题的系统状态，建立由非线性优化问题构成的优化模型，利用该优化模型进行电负荷、气负荷、热负荷削减量和弃风量计算，采用内点法对该优化模型进行有效求解；S3.8、判断抽样次数k′是否等于最大抽样次数，如果等于，则计算稳定性指标，输出稳定性评估结果，如果不等于，则重复步骤S3.2-S3.6；S4、根据稳态评估结果，对电-热-气综合能源系统进行静态控制，所述静态控制的策略分为两种，其中一种是子系统独立解决问题，另外一种是多系统协调解决问题；多系统协调解决问题采用多智体协同工作的思想，根据具体情况对电-热-气综合能源系统加以协调控制，当控制一个子系统不能使系统回到正常运行的状态时，控制多个系统通过子系统之间的紧密耦合关系使回到正常运行的状态；所述两种策略最终都有两种输出结果，分别为执行解决方案并记录报告和报警，判断输出哪种结果的标准为能否以有限代价解决问题。2.根据权利要求1所述的电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法，其特征在于：所述步骤S1中利用数据驱动来预测负荷的变化进一步包括以下步骤：S1.1、采集现场数据构建数据库，当现场数据不合要求时利用历史数据构建数据库；S1.2、令X∈RM′×d′，利用上下截断点，根据式(1)来剔除野点得到有效数据集合X∈Ω；式中，RM′×d′表示原始的历史数据空间，X表示历史数据向量，Mqj表示X中第j个变量的q分位数，d′表示数据向量的维数，M′表示原始的数据向量个数，Ω表示处理之后的历史数据空间，d表示数据空间Ω的维度，M表示数据空间Ω的数据向量个数，i表示数据向量的序号，1≤i≤M，j表示数据向量的维度序号，1≤j≤d，xij表示第个i数据记录中第j个变量的数值，Q表示子空间的数量；S1.3、假设按照每一维度将Ω划分成qj个子集，Xi每一维度的最大值和最小值分别为和则由此确定子空间个数q1、q2、…、qj；S1.4、确定超立方体边界：用LUjt和LDjt分别表示第j维度上的第t(2≤t≤qj)个子空间的上边界和下边界，则S1.5、自适应改变空间深度：子空间划分时，由最少的空间个数开始划分，并计算划分后每个子空间中数据点的数量Pi，i＝1，2，...，q1或q2或…或qj，即第q1个子空间中数据点的数量为Pi，其中i＝1，2，...，q1，第qj个子空间中数据点的数量Pi，其中i＝1，2，...，qj；统计Pi＝0的数量，当其小于给定值ε时，说明子空间划分的不够细致，应增加空间划分的深度，因此增加qj的数值继续深入划分空间，直到空间的数量达到ε时停止；S1.6、合并子空间：划分空间后，如果部分空间中只有一个数据，则计算该数据与其相邻空间内数据的欧式距离的均值，并将该数据空间与均值最小的数据空间合并，最终确定q1个子空间；S1.7、在q1个子空间中，依次使用非线性迭代偏最小二乘方法进行回归建模，得到所有子空间的回归模型；S1.8、输出结果，更新数据库。3.根据权利要求2所述的电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法，其特征在于：所述步骤S1.7中的回归建模进一步包括以下步骤：S1.7.1、定义数据的边界s，当j≤s时，xij为输入数据，即自变量，令自变量矩阵为Xt；当j＞s时，xij为输出数据，即因变量，令因变量矩阵为Yt；计算Xt的得分向量t1及载荷向量p′，计算Yt的得分向量u及载荷向量q′；S1.7.2、计算Xt和Yt矩阵的残差，Xt矩阵的残差为E＝Xt-t1p′，Yt矩阵的残差为F＝Yt-uq′；S1.7.3、计算预测误差平方和SPRESS，当其小于预期精度时，继续选择矩阵的主元进行迭代计算；当其大于预期精度时，则表明已经得到了最佳的主元数目，可得到Xt与Yt矩阵的关系表达式，从而得到该子空间上的回归模型Yt＝Ft(Xt)；S1.7.4、继续计算下一子空间的回归模型，依次得到所有子空间的回归模型。4.根据权利要求3所述的电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法，其特征在于：所述步骤S1中采用数据驱动和机理驱动相结合的方法对综合能源系统进行建模进一步包括：利用数据驱动预测电力系统负荷的变化：电力系统机理模型如下：式中，Pip和Qip分别为i节点p相的有功净负荷、无功净负荷，N为节点总数，Vip为i节点p相的电压，Vkm为k节点m相的电压，cosθikpm为i与k节点的p相与m相相角差，Gikpm和Bikpm分别为i与k节点的p相与m相之间的电导和电纳；将数据驱动对负荷变化的建模Yt＝Ft(Xt)与电力系统机理模型联系起来，则应满足利用数据驱动预测天然气系统负荷的变化：天然气系统机理模型如下：ANGSf+ω＝0式中，ANGS是区域天然气系统中节点和管道的关联矩阵，f是是区域天然气系统中天然气管道流量向量，ω为区域天然气系统中节点净负荷向量，Qpipe是管道体积流量，Δp是气体压力降，D是管道的直径，fr是管道壁的摩擦系数，L是管道的长度，S是气体的比重；将数据驱动对负荷变化的建模Yt＝Ft(Xt)与天然气系统机理模型联系起来，则应满足Yt＝Ft(Xt)＝ω；利用数据驱动预测热力系统负荷的变化：热力系统机理模型如下：水力模型：热力模型：式中，ADHS是区域热力系统中节点和管道的关联矩阵，是管道的水流质量流率，是节点的注入水流质量流率，i1为回路标号，j1为管道标号，BDHS是回路关联矩阵，表征网络回路与管道间之间关系，K是管道中的阻抗系数；φ为热负荷所消耗的热功率，Cp为水的比热容，Ts为从热网进入各热负荷节点时的供水温度，To为各热负荷节点出水温度，To为已知量，Tstart指水流进入管道时的温度，Tend指其从管道流出时的温度，Ta指外界环境温度，λ是管道的热传导系数，L是管道的长度，是出水管道质量流率，是进水管道质量流率，Tout是出水管道温度，Tin是进水管道温度；将数据驱动对负荷变化的建模Yt＝Ft(Xt)与热力系统机理模型联系起来，则应满足Yt＝Ft(Xt)＝φ；利用数据驱动预测能源耦合环节负荷的变化：能源耦合环节机理模型如下：L1＝CP式中，P和L1分别是能源耦合环节的输入和输出向量，C为耦合矩阵；将数据驱动对负荷变化的建模Yt＝Ft(Xt)与能源耦合环节机理模型联系起来，则应满足Yt＝Ft(Xt)＝|L1|。5.根据权利要求1所述的电-热-气综合能源系统的稳定评估与静态控制方法，其特征在于：所述步骤S2中利用改进的GSA算法对异常数据进行筛选和根据电-热-气系统耦合特性对异常数据进行关联辨识进一步包括以下步骤：S2.1、利用改进的GSA算法对异常数据进行筛选，具体包括以下步骤：S2.1.1、利用神经网络对综合能源系统的量测数据进行数值归一化预处理，得到误差的平方；S2.1.2、对输入数据进行聚类，计算聚类离散度式中，|Ca|表示聚类Ca所包含的数据点的个数，Da表示聚类Ca内所有数据点两两之间的距离的平方和；S2.1.3、计算k1个聚类个数下，与量测数据相应的参考数据的的期...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙秋野，余雪，张化光，马大中，刘振伟，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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